[go: up one dir, main page]

RU2781466C1 - Fatigue test unit for samples - Google Patents

Fatigue test unit for samples Download PDF

Info

Publication number
RU2781466C1
RU2781466C1 RU2021127107A RU2021127107A RU2781466C1 RU 2781466 C1 RU2781466 C1 RU 2781466C1 RU 2021127107 A RU2021127107 A RU 2021127107A RU 2021127107 A RU2021127107 A RU 2021127107A RU 2781466 C1 RU2781466 C1 RU 2781466C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power supply
core
sample
testing
coil
Prior art date
Application number
RU2021127107A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Викторович Мыльников
Дмитрий Иванович Шетулов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2781466C1 publication Critical patent/RU2781466C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: testing.
SUBSTANCE: invention relates to testing equipment, namely, to units for fatigue testing of materials. Unit comprises a frame for securing the test sample and an electromagnetic exciter; a power supply and automation unit; and means for measuring the parameters of the oscillatory process and monitoring the oscillation mode. The unit is additionally equipped with a vibration acceleration sensor connected with the power supply and automation unit connected, in turn, to the coil of the electromagnetic exciter made on a U-shaped coiled tape core; wherein one end of the core is rigidly secured in the frame, located thereon is a coil connected with the power supply and automation unit, and the other end of the core is cut in a yoke shape, configured to be attached to the sample, and acts as an armature.
EFFECT: increase in the accuracy of estimating the elastic component of the properties of the tested sample materials in fatigue testing.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания на усталость материалов.The invention relates to testing equipment, namely to installations for testing the fatigue of materials.

Известные методы испытаний образцов материалов наиболее полно изложены в фундаментальных монографиях [1].Known methods for testing samples of materials are most fully described in fundamental monographs [1].

Применение того или иного метода определяется целью исследования образцов [2, 3].The application of one method or another is determined by the purpose of studying the samples [2, 3].

Известно устройство для испытаний на усталость [4]. Устройство содержит зажим, приспособление для крепления зажима снабжено резонансным элементом, закрепленным на корпусе приспособления, с установленным на нем с возможностью перемещения грузом. Элементы зажима выполнены в виде однозубого захвата и двух профильных ложементов, расположенных противоположно друг другу. В данном устройстве реализуют синфазные колебания испытуемого образца с резонансным колебанием, расположенным соосно испытуемой детали.A device for fatigue testing [4] is known. The device contains a clamp, the device for fastening the clamp is provided with a resonant element fixed on the body of the device, with a load mounted on it with the possibility of movement. The clamp elements are made in the form of a single-tooth grip and two profile lodgements located opposite to each other. In this device, in-phase oscillations of the test sample are implemented with a resonant oscillation located coaxially with the tested part.

Недостатком известного устройства являются динамические погрешности измерения изгибающего момента, действующего в корневой части испытуемого образца в зависимости от частоты нагружения.A disadvantage of the known device is the dynamic measurement errors of the bending moment acting in the root part of the test sample, depending on the frequency of loading.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является установка для испытаний на усталость [2, с. 183], выбранная в качестве прототипа.Closest to the proposed invention is a facility for fatigue testing [2, p. 183], chosen as a prototype.

Установка снабжена электромагнитным возбуждением колебаний. В зажиме на массивной станине укреплена балка с грузом на свободном конце. В грузе смонтирован захват для зажима испытуемого образца и якорь электромагнитного возбудителя. Изменяя вылет балки и массу груза можно устанавливать необходимую частоту колебаний этой системы.The installation is equipped with electromagnetic excitation of oscillations. In the clamp on a massive frame, a beam with a load at the free end is reinforced. A gripper for clamping the test sample and an armature of the electromagnetic exciter are mounted in the cargo. By changing the overhang of the beam and the mass of the load, it is possible to set the required oscillation frequency of this system.

Недостатками такой установки являются сложность балансировки амплитуд в автоколебательной системе и осуществление только симметричного цикла нагружения.The disadvantages of such an installation are the difficulty of balancing the amplitudes in a self-oscillating system and the implementation of only a symmetrical loading cycle.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, создание установки для испытаний материалов на усталость, обеспечивающей испытания при консольном изгибе в одной плоскости по «мягкой» схеме нагружения.The technical problem solved by the invention is the creation of a facility for testing materials for fatigue, which provides tests for cantilever bending in one plane according to a "soft" loading scheme.

Мягкое нагружение - возбуждение динамических нагрузок, при котором заданной величиной является нагрузка, практически постоянная на всем протяжении испытания. В этом случае перемещение кинематически не ограничено и может изменяться в зависимости от изменения жесткости нагружаемой системы в период нарастания усталостных повреждений и постепенного развития усталостной трещины.Soft loading - the excitation of dynamic loads, in which the given value is a load that is practically constant throughout the test. In this case, the displacement is not limited kinematically and may vary depending on the change in the stiffness of the loaded system during the period of growing fatigue damage and the gradual development of a fatigue crack.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности оценки упругой составляющей свойств исследуемых материалов образцов при усталостных испытаниях.The technical result from the use of the invention is to increase the accuracy of assessing the elastic component of the properties of the studied materials of the samples during fatigue tests.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для испытаний материалов на усталость, содержащая станину для крепления испытываемого образца и электромагнитного возбудителя, блок питания и автоматики, средства измерения параметров колебательного процесса и наблюдения за формой колебаний, снабжена датчиком виброукорения, соединенным с блоком питания и автоматики, который в свою очередь подключен к катушке электромагнитного возбудителя, выполненного на П-образном витом ленточном сердечнике, при этом один конец сердечника жестко закреплен в станине, и на нем расположена катушка, соединенная с блоком питания и автоматики, а другой конец сердечника обрезан под ярмо, с возможностью крепления к образцу и служит якорем.The specified technical result is achieved by the fact that the installation for testing materials for fatigue, containing a frame for mounting the test sample and an electromagnetic exciter, a power supply and automation, means for measuring the parameters of the oscillatory process and monitoring the shape of vibrations, is equipped with a vibration accelerating sensor connected to the power supply and automation , which in turn is connected to the coil of an electromagnetic exciter made on a U-shaped twisted tape core, while one end of the core is rigidly fixed in the frame, and a coil is located on it, connected to the power supply and automation, and the other end of the core is cut off under the yoke , with the possibility of attachment to the sample and serves as an anchor.

В установке предусмотрены следующие средства измерения: измерение частоты; счет числа циклов нагружения; измерение амплитуды колебаний оптическим методом; измерение амплитуды колебаний фотоэлектрическим методом; измерение амплитуды колебаний методом с помощью пьезоэлектрического датчика виброускорения; измерение среднего значения тока в катушке возбудителя; наблюдение за колебательным процессом с помощью осциллографа.The installation provides the following measuring instruments: frequency measurement; counting the number of loading cycles; measurement of oscillation amplitude by optical method; measurement of oscillation amplitude by photoelectric method; measurement of vibration amplitude by the method using a piezoelectric vibration acceleration sensor; measurement of the average value of the current in the exciter coil; observation of the oscillatory process using an oscilloscope.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами, на которых изображены:The invention is illustrated by the following figures, which show:

Фиг. 1 - конструктивная схема установки;Fig. 1 - constructive scheme of the installation;

Фиг. 2 - график зависимости изменения тока во времени;Fig. 2 is a plot of the change in current over time;

Фиг. 3 - график зависимости электромагнитной силы и силы упругости во времени;Fig. 3 is a graph of the dependence of the electromagnetic force and the elastic force over time;

Фиг. 4 - график смещения образца в зависимости от протекания тока и его прерывании от времени в процессе работы установки.Fig. 4 is a graph of the sample displacement depending on the current flow and its interruption from time to time during the operation of the installation.

Установка содержит три основные части, расположенные раздельно: станину 1, предназначенную для крепления испытываемого образца 2 и электромагнитного возбудителя 3; блок питания и автоматики 4, предназначенный для питания катушки 5 электромагнитного возбудителя 3 током необходимой величины и частоты; средство измерения параметров колебательного процесса и наблюдения за формой колебаний 6.The installation contains three main parts located separately: a frame 1 designed for fastening a test sample 2 and an electromagnetic exciter 3; power supply and automation unit 4, designed to power the coil 5 of the electromagnetic exciter 3 with a current of the required magnitude and frequency; means for measuring the parameters of the oscillatory process and monitoring the form of vibrations 6.

Станина 1 представляет собой массивный Г-образный металлический блок, который устанавливается на столе через виброизоляторы. В станину 1 жестко крепится одним концом образец 2. На другом конце образца 2 крепится ферромагнитный якорь 7 электромагнитного возбудителя 3. Статор 8 возбудителя 3 жестко крепится в станине 1 через виброизоляторы в виде виброизоляционных прокладкок 9. На станине 1 установлен пьезоэлектрический датчик виброукорения 10, (регистрирующий колебания образца 2), который соединен с блоком питания и автоматики 4, который в свою очередь подключен к катушке 5 электромагнитного возбудителя 3. Электромагнитный возбудитель 3 выполнен на П-образном витом ленточном сердечнике 11. Один конец этого сердечника жестко закрепляется в станине 1, служит статором 8 и на ней располагается катушка 5. Другой конец сердечника обрезан под ярмо, крепится к образцу 2 и служит якорем 7. Установка работает следующим образом:Bed 1 is a massive L-shaped metal block, which is installed on the table through vibration isolators. Sample 2 is rigidly fixed at one end to frame 1. At the other end of sample 2, ferromagnetic armature 7 of electromagnetic exciter 3 is fixed. registering the oscillations of the sample 2), which is connected to the power supply and automation 4, which in turn is connected to the coil 5 of the electromagnetic exciter 3. The electromagnetic exciter 3 is made on a U-shaped twisted tape core 11. One end of this core is rigidly fixed in the frame 1, serves as stator 8 and coil 5 is located on it. The other end of the core is cut off under the yoke, attached to sample 2 and serves as anchor 7. The installation works as follows:

Станина 1 воспринимает колебания образца 2 и передает их пьезоэлектрическому датчику виброускорения 10. Сигнал с датчика 10 поступает в блок питания и автоматики 4, который в свою очередь питает катушку 5 электромагнитного возбудителя 3. Для исключения наложения волн колебательной энергии и повышения точности их передачи станина 1 и катушка 5 собранная совместно со статором 8 одного конца сердечника 11 электромагнитного возбудителя 3 разделены виброизоляторами в виде виброизоляционных прокладкок 9.The frame 1 perceives the oscillations of the sample 2 and transmits them to the piezoelectric vibration acceleration sensor 10. The signal from the sensor 10 enters the power supply and automation unit 4, which in turn feeds the coil 5 of the electromagnetic exciter 3. To prevent the superposition of vibrational energy waves and improve the accuracy of their transmission, the frame 1 and the coil 5 assembled together with the stator 8 of one end of the core 11 of the electromagnetic exciter 3 are separated by vibration isolators in the form of vibration isolation pads 9.

Катушка 5 электромагнитного возбудителя 3 питается пульсирующим током от блока питания (Фиг. 2).The coil 5 of the electromagnetic exciter 3 is powered by a pulsating current from the power supply (Fig. 2).

При протекании тока возникает электромагнитная сила, под действием которой якорь 7 с образцом 2 движется вниз (Фиг. 3). При прерывании тока образец 2 под действием силы упругости (Фиг. 3) стремится вернуться в исходное положение (Фиг. 4). Таки м образом осуществляется циклическое нагружение в представленной установке, а полный цикл перемещения нагруженного конца образца в процессе работы демонстрируется (Фиг. 4).When the current flows, an electromagnetic force arises, under the influence of which the armature 7 with the sample 2 moves down (Fig. 3). When the current is interrupted, sample 2 tends to return to its original position under the action of the elastic force (Fig. 3) (Fig. 4). Thus, cyclic loading is carried out in the presented installation, and the full cycle of movement of the loaded end of the sample during operation is demonstrated (Fig. 4).

Контроль параметров колебательного процесса при циклическом нагружении образца и наблюдения за формой колебаний осуществляются с помощью средств измерения 6.The control of the parameters of the oscillatory process under cyclic loading of the sample and the observation of the form of vibrations are carried out using measuring instruments 6.

По результатам многократно повторяющихся циклов определяют параметры многоцикловой усталости и амплитудно-частотные характеристики для оценки частотных свойств, которые зависят от роли упругой составляющей исследуемого материала при циклическом нагружении, а также определяют предел выносливости.Based on the results of repeatedly repeated cycles, the parameters of high-cycle fatigue and amplitude-frequency characteristics are determined to assess the frequency properties, which depend on the role of the elastic component of the material under study under cyclic loading, and also determine the endurance limit.

Таким образом осуществляется цикл нагружения-разгрузки образца при испытании по «мягкой» схеме плоского консольного изгиба реализуемого данной установкой.Thus, the loading-unloading cycle of the sample is carried out during testing according to the “soft” scheme of flat cantilever bending implemented by this installation.

Предлагаемая установка для испытаний материалов на усталость может быть изготовлена, например, из выпускаемых или готовых деталей. Например, электромагнитный возбудитель 3 изготавливается из П-образного витого ленточного сердечника ГОСТ 22050-76 с применением медного провода ПЭВ диаметром 1,2 мм ГОСТ 7262-78; виброизоляторы тип ДО-38; виброизоляционные прокладки ВЭП ТУ 22.19.20-002-04941811-2017; пьезоэлектрический датчик виброускорения 10 типа ПАМТ-16К.The proposed facility for testing materials for fatigue can be made, for example, from manufactured or finished parts. For example, electromagnetic exciter 3 is made of a U-shaped twisted tape core GOST 22050-76 using copper wire PEV with a diameter of 1.2 mm GOST 7262-78; vibration isolators type DO-38; vibration isolation pads VEP TU 22.19.20-002-04941811-2017; piezoelectric vibration acceleration sensor 10 type PAMT-16K.

Станина 1 изготавливается литьем из чугуна, с целью обеспечения высокой жесткости установки. Катушка 5 возбудителя 3 намотана проводом ПЭВ диаметром 1,2 мм ГОСТ 7262-78, разбита на две половины по 90 витков, расположенных на разных стержнях П-образного сердечника. Катушки соединены последовательно и согласованно.The bed 1 is made of cast iron, in order to ensure high rigidity of the installation. The coil 5 of the exciter 3 is wound with a PEV wire with a diameter of 1.2 mm GOST 7262-78, divided into two halves of 90 turns each, located on different rods of the U-shaped core. The coils are connected in series and matched.

Пьезоэлектрический датчик виброускорения 10 типа ПАМТ-16К приклеен к станине 1 на некотором расстоянии от статора возбудителя 8. Блок питания типа NLS-3024. В качестве средств измерения 6 могут быть использованы: универсальный счетчик импульсов Овен СИ8 для счета циклов и частот нагружения (Фиг. 3); цифровой вольтметр типа В7-17 и осциллограф группы С1 для наблюдения за колебательным процессом и регистрации величины и формы сигнала пьезоэлектрического датчика (Фиг. 2); мультиметр Овен ИМС-Ф1 для измерения тока; для измерения амплитуды колебаний (фиг. 4) оптическим, фотоэлектрическим и косвенным методами используются: бесконтактный индуктивный датчик KIPPRIBOR, серии LA; бесконтактный оптический датчики ВБЗ; датчик виброскорости с токовым выходом типа ДВСТ.Piezoelectric vibration acceleration sensor 10 of the PAMT-16K type is glued to the frame 1 at some distance from the exciter stator 8. Power supply unit of the NLS-3024 type. As measuring instruments 6 can be used: a universal pulse counter Aries SI8 for counting cycles and loading frequencies (Fig. 3); a digital voltmeter of type B7-17 and an oscilloscope of group C1 for monitoring the oscillatory process and recording the magnitude and shape of the signal of the piezoelectric sensor (Fig. 2); multimeter Aries IMS-F1 for measuring current; to measure the oscillation amplitude (Fig. 4) by optical, photoelectric and indirect methods, the following are used: non-contact inductive sensor KIPPRIBOR, series LA; non-contact optical sensors VBZ; vibration velocity sensor with current output type DVST.

Таким образом, предлагаемая установка для испытаний материалов на усталость по сравнению с прототипом позволяет повысить точность оценки упругой составляющей свойств исследуемых материалов образцов при усталостных испытаниях за счет того, что в процессе испытаний разгрузка образца происходит за счет сил упругости, а нагружение электромагнитным блоком. Высокая точность достигается за счет согласованного распределения электромагнитной силы и силы упругости и соответствующее им смещение образца в зависимости от протекания тока и его прерывании во времени в процессе работы установки. В целом, установка для испытания образцов на усталость отличается простотой конструкции - в ней использованы типовые тестированные детали и узлы, технологична и удобна в использовании.Thus, the proposed facility for testing materials for fatigue in comparison with the prototype makes it possible to improve the accuracy of estimating the elastic component of the properties of the studied materials of the samples during fatigue tests due to the fact that during the testing process, the unloading of the sample occurs due to elastic forces, and loading by the electromagnetic unit. High accuracy is achieved due to the coordinated distribution of the electromagnetic force and the elastic force and the corresponding displacement of the sample depending on the current flow and its interruption in time during the operation of the installation. In general, the facility for testing samples for fatigue is simple in design - it uses standard tested parts and assemblies, is technologically advanced and easy to use.

Литература.Literature.

1. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. Справочник. М.: Металлургия, 1978. - 304 с.1. Shkolnik L.M. Fatigue testing technique. Directory. M.: Metallurgy, 1978. - 304 p.

2. Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение. 1982. Кн. 1.-528 с.2. Test equipment: Handbook. In 2 books. / Ed. V.V. Klyuev. - M.: Mashinostroenie. 1982. Book. 1.-528 p.

3. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость ГОСТ 25.502-79.3. Methods of mechanical testing of metals. Fatigue test methods GOST 25.502-79.

4. Авторское свидетельство SU 1838773 A3 G01N 3/04, 30.08.1993.4. Copyright certificate SU 1838773 A3 G01N 3/04, 08/30/1993.

Claims (1)

Установка для испытания образцов на усталость, содержащая станину для крепления испытываемого образца и электромагнитного возбудителя, блок питания и автоматики, средства измерения параметров колебательного процесса и наблюдения за формой колебаний, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком виброускорения, соединенным с блоком питания и автоматики, который в свою очередь подключен к катушке электромагнитного возбудителя, выполненного на П-образном витом ленточном сердечнике, при этом один конец сердечника жестко закреплен в станине, и на нем расположена катушка, соединенная с блоком питания и автоматики, а другой конец сердечника обрезан под ярмо с возможностью крепления к образцу и служит якорем.Installation for testing samples for fatigue, containing a frame for mounting the test sample and an electromagnetic exciter, a power supply and automation, means for measuring the parameters of the oscillatory process and monitoring the shape of vibrations, characterized in that it is equipped with a vibration acceleration sensor connected to the power supply and automation, which in turn, it is connected to the coil of an electromagnetic exciter made on a U-shaped twisted tape core, while one end of the core is rigidly fixed in the frame, and there is a coil connected to the power supply and automation unit on it, and the other end of the core is cut under the yoke with the possibility attachment to the sample and serves as an anchor.
RU2021127107A 2021-09-14 Fatigue test unit for samples RU2781466C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2781466C1 true RU2781466C1 (en) 2022-10-12

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU167054A1 (en) * ELECTROMAGNETIC FATIGUE MACHINE
RU2624595C1 (en) * 2016-05-27 2017-07-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Device for fatigue testing samples

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU167054A1 (en) * ELECTROMAGNETIC FATIGUE MACHINE
RU2624595C1 (en) * 2016-05-27 2017-07-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Device for fatigue testing samples

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140298916A1 (en) Stress monitoring device of elasto-magneto-electric (eme) effect type
KR100573736B1 (en) Transducer capable of generating and measuring torsional waves, and an abnormal diagnosis device and method using the same
KR101066248B1 (en) Non-contact transducers for rod members with multi-loop coils
CN106771498A (en) Device and method capable of wireless, passive, non-contact, multi-wire measurement of direct current
US6779409B1 (en) Measurement of torsional dynamics of rotating shafts using magnetostrictive sensors
Koruk et al. Identification and removal of adverse effects of non-contact electromagnetic excitation in Oberst Beam Test Method
CN109060206A (en) A kind of ferrimagnet stress measurement device and method
US7621189B2 (en) Apparatus and method for generating and sensing torsional vibrations using magnetostriction
Wang et al. Quantitative characterization of tensile stress in electroplated nickel coatings with a magnetic incremental permeability sensor
RU2781466C1 (en) Fatigue test unit for samples
JP4605307B1 (en) Bolt tightening force inspection device
CN105181184B (en) One kind is based on magnetic striction wave guide short steeve cable force measurement device and method
Vengrinovich et al. Stress and texture measurement using Barkhausen noise and angular scanning of driving magnetic field
CN100489471C (en) Sensor with a sensor element
EA016899B1 (en) Device for determining hardness
Benabdellah et al. New Electromagnetic Force-Displacement Sensor
RU2746040C1 (en) Device for testing magnetic force of pole elements of magnetic devices and instruments
RU2708695C1 (en) Method for measuring complex mechanical deformations by means of amorphous metal band and device for calibration of sensitive element
CN108802195B (en) Test device and method for measuring transverse wave velocity of core sample
Lassow et al. An angular accelerometer using amorphous wire
Schonekess et al. Improved multi-sensor for force measurement on pre-stressed steel cables by means of eddy current technique
RU2759889C1 (en) Device for contact control of magnetic force on pole surfaces
Morales et al. Simultaneous measurement of Young's modulus and damping dependence on magnetic fields by laser interferometry
RU2073856C1 (en) Method of determination of mechanical stresses and magneto-elastic transducer for determination of mechanical stresses
Augustyniak et al. Assessment with mechanical Barkhausen effect of residual stress in grain oriented polycrystalline 3% Si-Fe sheet